JPH0532461B2

JPH0532461B2 -

Info

Publication number: JPH0532461B2
Application number: JP26102384A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Okabe; Yasuhiro Tanaka
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1993-05-17
Also published as: JPS61139648A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野この発明はボイラーなどの圧力容器などに使用
される極厚鋼板に関し、特に焼ならし時の板厚中
心部の800〜400℃間の平均冷却速度が10℃／min
以下となるような厚みを有する極厚鋼板において
強度と溶接性とを同時に改善する技術に関するも
のである。従来の技術周知のようにボイラー等の圧力容器は極厚鋼板
を溶接して得られる。このような極厚鋼板は、薄
肉の鋼板と比較して焼ならし後の冷却速度が遅く
なり、特に板厚の中心部では冷却速度が著しく小
さくなり、そのため所要の強度を得にくいのが通
常である。そこでこのような極厚鋼板において所
要の強度を確保し、また焼もどし処理やSR（応力
除去焼鈍）処理後でも所要の強度を確保するた
め、従来のボイラー用極厚鋼板は多量のＣ（炭素）
を含有させておくのが一般的であつた。ところで厚板の溶接においては、溶接割れ防止
のために溶接前に予熱作業を必要とするが、特に
ボイラー等の製造の際には使用される鋼材が極厚
であるため予熱作業に多大な労力と時間およびエ
ネルギーを消費する。そして特に前述のごとくＣ
含有量の高い極厚鋼板では高い予熱温度を必要と
するため、予熱作業に要するエネルギーコストが
著しく高くなる問題があつた。また前述のような
Ｃ含有量の高い極厚鋼板の場合、充分と思われる
程度の予熱を行つても、往々にして溶接割れが発
生し、その手直し作業を行なわざるを得ない場合
があつた。さらに、Ｃ含有量の高い従来の極厚鋼
板の場合、溶接部の充分な延性、靱性が得難く、
特に大入熱溶接の場合には靱性の劣化が大きい欠
点があり、そこで溶接能率向上のために入熱量
50kJ／cm以上のサブマージアーク溶接やエレク
トロスラグ溶接などの大入熱溶接を行なつても充
分な溶接部靱性を確保できる材料が望まれる。上述のようなＣ含有量の高い従来のボイラー用
極厚肉鋼板の欠点を解消するため、Ｃ含有量を低
くすると同時に、低Ｃ化による強度低下を補なう
ために析出強化やＢおよびＡの複合添加（例え
ば特公昭57−19731号、あるいは特公昭57−23739
号）により強度向上を図る方法が提案されてい
る。発明が解決すべき問題点前述のようにＣ含有量を少なくすること自体
は、確かに溶接前の予熱温度の低下に効果があ
り、また溶接部靱性の確保に効果があるが、それ
らの効果を充分に発揮させるためにはＣ含有量を
従来の通常のボイラー用極厚鋼板の場合よりも著
しく低下させる必要があり、その場合低Ｃ化に伴
なう強度低下は著しく大きくなる。しかるに前記
提案の如くＢ−Ａの添加などによつて強度低下
を補なう方法では、Ｃ量低減による強度低下に見
合う程度の強度向上を図ることは実際には困難で
あつた。すなわちこの種の極厚鋼板の場合、
C0.01重量％あたりの強度増加分は1.2〜1.8Kgｆ／
mm²にも達するから、低Ｃ化による強度低下分をＢ
−Ａ添加によつて補なおうとする場合、得るべ
き強度との兼ね合いから、実際には低下させ得る
Ｃ量に限界があり、したがつて予熱温度の低下な
どの溶接性改善にも限界があるのが実情であり、
また大入熱溶接時における溶接部靱性の改善にも
限界があつた。さらに、近年ますます高温高圧力化の傾向にあ
るボイラーに対しては、設計上、より高強度の鋼
板を使用することが望まれているが、現状では従
来よりも一層高強度化を図ると同時に溶接性も満
たすことは困難な状況にある。この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、母材強度を従来鋼よりも一層高めると同時
に、溶接性を改善して溶接前の予熱温度を充分に
低下させ得るようになし、しかも大入熱溶接時に
おける溶接部靱性も充分に改善した極厚肉の鋼板
を提供することを目的とするものである。問題点を解決するための手段本発明者等は前述のような従来の極厚鋼板の欠
点を解消するべく、種々実験を繰返した結果、焼
ならし時の板厚中心部の800〜400℃間の平均冷却
速度が10℃／min以下となるような板厚を有する
極厚鋼板においては、CrとＢとを併用し、さら
に適量のNbを添加し、ベイナイト主体の組織と
することによつて、母材強度を従来鋼以上に高め
ることおよび予熱温度の低下という相反する課題
を達成し得ることを見出した。そしてまた、適量
のCaを添加することによつて、前記特性に加う
るに大入熱溶接部靱性の向上をも図り得ることを
見出し、この発明の完成に至つたのである。具体的には、本願の第１発明の極厚鋼板は、
C0.14〜0.22％，Si0.13〜0.40％，Mn0.8〜1.50％，
Ａ0.01〜0.10％，Cr0.4〜0.8％，Mo0.1〜0.3％，
Nb0.005〜0.040％，B0.0003〜0.0008％を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物よりなり、さら
に下記式で規定されるP_CMの値が0.33％以下であ
り、ベイナイト主体の組織からなることを特徴と
するものである。 P_CM＝［％Ｃ］＋１／30［％Si］＋１／20［％Mn］＋
１／20［％Cu］＋１／60［％Ni］＋１／20［％Cr］＋１／15［％Mo
］＋５［％Ｂ］また本願の第２発明の極厚鋼板は、前記第１発
明で規定する成分のほか、0.5％以下のCu，0.5％
以下のNiのうちの少なくとも１種を含有するも
のである。さらに本願の第３発明の極厚鋼板は、前記第１
発明で規定する成分のほか、Ca0.0001〜0.0100％
を含有するものである。そしてまた本願の第４発明の極厚鋼板は、前記
第２発明で規定する成分のほか、Caを第３発明
の場合と同様に含有するものである。発明の具体的説明以下この発明の低炭素極厚鋼板についてさらに
詳細に説明する。この発明において対象とする鋼板は、焼ならし
時における板厚中心部の800〜400℃間における冷
却速度が10℃／min以下となるような板厚の極厚
鋼板である。具体的には、例えば約60mm程度以上
のものが対象となる。このように板厚中心部の
800〜400℃間の平均冷却速度が10℃／min以下の
場合、従来鋼ではフエライト＋パーライトの組織
となるかあるいは一部ベイナイトの混在する組織
となるのに対し、CrとＢを併用し、さらにNbを
添加したこの発明の鋼では、炭化物が微細に分散
したベイナイト主体の組織が得られ、その結果従
来鋼よりも低Ｃ化しても従来鋼より高い母材強度
が得られるのである。さらにこの発明の鋼では、
炭素当量は従来鋼とほぼ同程度であるにもかかわ
らず、低温割れの発生し易い小入熱溶接時におけ
るボンド部および溶接熱影響部の硬さが従来鋼よ
り低くなるという特徴を有し、その結果溶接施工
時の予熱温度を従来鋼より低くしても溶接割れの
発生を防止できるのである。そしてまた、Caの
添加によつて大入熱溶接時の溶接ボンド部のオー
ステナイト粒の成長を抑制し、ボンド部の組織を
細粒化して溶接部靱性を向上させることができる
のである。次にこの発明の鋼の成分限定理由を説明する。Ｃ：Ｃ含有量が0.22％を越えれば、従来鋼より
溶接時の予熱温度を低下させることが不可能とな
り、一方Ｃ含有量が0.14％未満となれば所定の強
度を確保することが困難となる。したがつてＣは
0.14〜0.22％の範囲内とした。 Si：Siは一般に強度を保持するために必要であ
るが、0.13％未満ではその効果が少なく、一方
0.4％を越えれば靱性を劣化させるから、0.13〜
0.4％の範囲内とした。 Mn：Mnは溶接性を害さずに強度を向上させ
るのに有効であるが、0.8％未満の場合は強度確
保が不充分であり、逆に1.50％を越えれば靱性が
低下して好ましくなく、したがつて0.8〜1.50％
の範囲とした。Ａ：Ａは通常の製鋼過程において脱酸剤と
して有効な元素であり、また組織を微細化して靱
性を向上させる作用を果たす。このような作用は
0.01％未満では顕著ではなく、一方0.1％を越え
れば逆に靱性を害するから0.01〜0.10％の範囲に
限定した。 Cr：Crはこの発明の鋼において重要な元素で
あつて、Ｂと併せて添加することにより低Ｃ化に
よる強度低下を補うことができる。すなわち、Ｂ
添加処理だけでは、溶接性を充分に改善するだけ
の低Ｃ化による強度低下を補うことが困難であ
り、ＢとCrとを併用することによつてはじめて
充分に強度低下を補うことができるのである。こ
のようなCrの効果は、0.4％未満では不充分であ
り、逆に0.8％を越えれば溶接性を害することと
なるから、0.4〜0.8％の範囲に限定した。 Mo：Moは強度確保に必要な元素であるが、
0.1％未満ではその効果が顕著ではなく、逆に0.3
％を越えて添加すれば靱性を害するから、0.1〜
0.3％の範囲に限定した。 Nb：Nbは鋼組織を細粒化する作用および析出
硬化作用によつて母材強度を従来鋼以上に高める
ために添加するものであり、Nb添加によつてボ
イラー設計時に許容応力をより高くすることが可
能となる。しかしながらNbが0.005％未満ではそ
の効果が少なく、一方0.040％を越えて添加すれ
ば溶接性を害するから、0.005〜0.040％の範囲内
に限定した。Ｂ：Ｂはこの発明の鋼において重要な元素であ
つて、Crと併せて添加することにより、低Ｃ化
による強度低下を補う。Ｂの添加量が0.0003％未
満では強度上昇の効果が充分に発揮されず、一方
Ｂが0.0008％を越えれば溶接性に悪影響を及ぼす
から、Ｂの添加量は0.0003〜0.0008％の範囲内に
限定した。第１発明の合金成分元素は以上の通りであつ
て、その残部はFeおよび不可避的不純物とすれ
ば良いが、第２発明の場合は前記各成分のほか
Cuまたは／およびNiを添加し、一方第３発明の
場合は前記各成分のほかCaを添加し、さらに第
４発明ではこれらの両者を添加する。次にこれら
の成分元素の限定理由について説明する。 Cu，Ni：CuおよびNiはそれぞれ焼入性増大作
用と固溶強化作用に基づき、靱性を害さずに強度
を向上させるのに有効であり、したがつて本願の
第２発明および第４発明においていずれか一方も
しくは双方を必須成分として添加する。但しCu
は0.5％を越えれば熱間加工性を害するとともに
溶接割れ感受性を高めるので、0.5％以下に限定
した。またNiは高価な元素であるから、この種
の鋼材におけるコストの面から0.5％以下に限定
した。 Ca：Caは硫−酸化物を形成してそれが微細に
分散し、大入熱溶接時に熱影響部の粗粒化を抑制
する作用があるが、この効果は0.0001％未満では
不充分であり、一方0.0100％を越えれば鋼材の内
部性状を害するから、0.0001〜0.0100％の範囲内
に限定した。この発明の鋼においては、上述のように各元素
の成分範囲を限定するとともに、鋼組織をベイナ
イト主体のものとし、しかも従来鋼よりも溶接施
工時の予熱温度を低下させるために溶接割れ感受
性組成として知られるP_CM値を0.33％以下とする
必要がある。実施例以下にこの発明の実施例を従来鋼と比較して記
す。第１表に示す本発明組成範囲内の鋼Ａ〜Ｄおよ
び従来鋼Ｅ〜Ｇについて、焼ならし−焼もどし−
応力除去焼鈍処理を行ない、引張試験およびシヤ
ルピー衝撃試験を実施して引張り強さ（TS）お
よび０℃における吸収エネルギー値（vEo）を調
べた。また同様に焼ならし−焼もどし処理を行つ
た同じ鋼Ａ〜Ｄ；Ｅ〜Ｇの板厚20mmの試験片につ
いて、低水素系溶接棒を用いて斜めＹ型溶接割れ
試験を行ない、割れ阻止温度を調べた。さらに同
様な焼ならし−焼もどし処理を行つた同じ鋼Ａ〜
Ｄ；Ｅ〜Ｇについて、溶接入熱量1000kJ／cmの
エレクトロスラグ溶接のボンド部に相当する再現
熱サイクルを与えた後、そのままの状態のもの、
および625℃×21hrの応力除去焼鈍（SR）を行な
つたものに対し、それぞれシヤルピー衝撃試験を
行なつて０℃における衝撃吸収エネルギー
（vEo）を調べた。それらの結果を第１表中に併
せて示す。なお第１表中に示すように焼ならし時
における板厚中心部における800〜400℃間の冷却
速度はいずれも10℃／min以下である。また第１
表に示される各鋼のうち、Ａ〜ＤはASTM規格
のA299に準ずる本発明鋼であり、鋼Ｅ，Ｆはそ
れに対する従来鋼、また鋼ＧはJIS規格のSB49に
相当する従来鋼である。

【表】

【表】第１表から明らかなように本発明鋼のＡ〜Ｄ
は、従来鋼のＥ〜Ｇと比較していずれも強度が向
上しており、また母材靱性も優れている。しかも
斜めＹ型溶接割れ試験における割れ阻止温度、し
たがつて溶接割れを防止するために必要な予熱温
度も、本発明鋼では従来鋼と比較して50〜100℃
低下していることが明らかである。さらに大入熱
溶接部の靱性も、従来鋼の場合には溶接のまま相
当の場合はもちろんのこと、溶接後SR処理相当
の場合も低い値しか示さず、そのため従来鋼で
は、エレクトロスラグ溶接等の大入熱溶接を行な
つた場合溶接部の靱性を良好にするためには焼な
らし処理を必要とすることとなる。これに対し本
発明鋼では、溶接後SR処理相当のものでは溶接
のまま相当のものと比較して著しく靱性が向上し
ており、したがつて大入熱溶接の場合も焼ならし
処理は不要であり、通常の50kJ／cm程度までの
溶接入熱量の場合と同様な応力除去焼鈍だけで足
りることが明らかである。発明の効果以上の説明で明らかなようにこの発明の極厚鋼
板は、溶接性が優れていて、溶接割れ防止のため
に必要な予熱の温度を従来よりも格段に低くする
ことができ、その結果予熱作業に要するエネルギ
ーコストや時間を従来よりも大幅に削減でき、し
かも強度は従来の極厚鋼板より優れているため、
ボイラー等の設計時における許容応力を高くする
ことが可能である。さらにこの発明の極厚鋼板は
大入熱溶接の場合の溶接の靱性、延性にも優れる
ため、大入熱溶接の適用によつて溶接の高能率化
を図り得るなど、従来の極厚鋼板と比較して格段
に優れた長所を有するものである。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.14〜0.22％（重量％、以下同じ）、Si0.13
〜0.40％，Mn0.8〜1.50％，Ａ0.01〜0.10％，
Cr0.4〜0.8％，Mo0.1〜0.3％，Nb0.005〜0.040
％，B0.0003〜0.0008％を含有し、残部がFeおよ
び不可避的不純物よりなり、さらに下記式で規定
されるP_CMの値が0.33％以下であり、ベイナイト
主体の組織からなることを特徴とする強度及び大
入熱溶接性に優れた低炭素極厚鋼板。 P_CM＝［％Ｃ］＋１／30［％Si］＋１／20［％Mn］＋
１／20［％Cu］＋１／60［％Ni］＋１／20［％Cr］＋１／15［％Mo
］＋５［％Ｂ］２ C0.14〜0.22％，Si0.13〜0.40％，Mn0.8〜
1.50％，Ａ0.01〜0.10％，Cr0.4〜0.8％，Mo0.1
〜0.3％，Nb0.005〜0.040％，B0.0003〜0.0008％
を含有し、かつ0.5％以下のCuもしくは0.5％以下
のNiのうちの少なくとも１種を含有し、残部が
Feおよび不可避的不純物よりなり、さらに下記
式で規定されるP_CMの値が0.33％以下であり、ベ
イナイト主体の組織からなることを特徴とする強
度及び大入熱溶接性に優れた低炭素極厚鋼板。 P_CM＝［％Ｃ］＋１／30［％Si］＋１／20［％Mn］＋
１／20［％Cu］＋１／60［％Ni］＋１／20［％Cr］＋１／15［％Mo
］＋５［％Ｂ］３ C0.14〜0.22％，Si0.13〜0.40％，Mn0.8〜
1.50％，Ａ0.01〜0.10％，Cr0.4〜0.8％，Mo0.1
〜0.3％，Nb0.005〜0.040％，B0.0003〜0.0008％，
Ca0.0001〜0.0100％を含有し、残部がFeおよび不
可避的不純物よりなり、さらに下記式で規定され
るP_CMの値が0.33％以下であり、ベイナイト主体
の組織からなることを特徴とする強度及び大入熱
溶接性に優れた低炭素極厚鋼板。 P_CM＝［％Ｃ］＋１／30［％Si］＋１／20［％Mn］＋
１／20［％Cu］＋１／60［％Ni］＋１／20［％Cr］＋１／15［％Mo
］＋５［％Ｂ］４ C0.14〜0.22％，Si0.13〜0.40％，Mn0.8〜
1.50％，Ａ0.01〜0.10％，Cr0.4〜0.8％，Mo0.1
〜0.3％，Nb0.005〜0.040％，B0.0003〜0.0008％，
Ca0.0001〜0.0100％を含み、さらに0.5％以下の
Cuもしくは0.5％以下のNiのうちの少なくとも１
種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よ
りなり、さらに下記式で規定されるP_CMの値が
0.33％以下であり、ベイナイト主体の組織からな
ることを特徴とする強度及び大入熱溶接性に優れ
た低炭素極厚鋼板。 P_CM＝［％Ｃ］＋１／30［％Si］＋１／20［％Mn］＋
１／20［％Cu］＋１／60［％Ni］＋１／20［％Cr］＋１／15［％Mo
］＋５［％Ｂ］